Η χρήση κινητήρων βενζίνης στη Νότια Αφρική – μια γενική επισκόπηση

Οι περισσότεροι κινητήρες αερίου είναι παλινδρομικοί κινητήρες εσωτερικής καύσης με ανάφλεξη με σπινθήρα και κύκλο Otto, οι οποίοι χρησιμοποιούν φυσικό αέριο ως κύριο καύσιμο. Τα μικρότερα μοντέλα λειτουργούν με στοιχειομετρική καύση, ενώ οι μεγαλύτεροι κινητήρες είναι κινητήρες φτωχής μίξης με συστήματα ανάφλεξης προθαλάμου. Οι κινητήρες συνδυάζονται με ενσωματωμένες μονάδες γεννήτριας, συμπαραγωγή και, μάλιστα, τριγεννήτρια μονάδες για τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης του καύσιμου που καίγεται. Οι κινητήρες είναι αρθρωτοί και μπορούν να εγκατασταθούν πολλές μονάδες σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας ή να στεγαστούν σε μεμονωμένα εμπορευματοκιβώτια, όπως τα τυποποιημένα εμπορευματοκιβώτια ISO, γεγονός που διευκολύνει τη μετακίνηση, ιδίως στην περίπτωση έργων μετατροπής αερίου χωματερών σε ενέργεια. Άρθρο προσαρμοσμένο από το αρχικό που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Energize, Οκτώβριος 2012, του Ray Lombard. Τις τελευταίες πέντε δεκαετίες, οι κινητήρες φυσικού αερίου έχουν εξελιχθεί σε μοντέλα ικανά να λειτουργούν με ένα ευρύ φάσμα καυσίμων, όπως το φυσικό αέριο, αεριοβιομάζα (αέριο από χώρους υγειονομικής ταφής και αέριο αποχέτευσης), καθώς και αέριο από ανθρακούχα στρώματα (αέριο ανθρακωρυχείου και μεθάνιο από κοιτάσματα άνθρακα). Ορισμένοι κατασκευαστές μηχανών, όπως η Jenbacher, έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν αέρια καμίνων (από την παραγωγή χάλυβα, σιδηροχρωμίου, σιδηρομαγγανίου και καρβιδίου του ασβεστίου) στους κινητήρες τους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ισχύς των μονάδων που διατίθενται στο εμπόριο κυμαίνεται από 20 kW_e έως 18 MW_e. Οι μικρότερες μονάδες βασίζονται γενικά σε τροποποιημένους κινητήρες ντίζελ στους οποίους έχουν προστεθεί εκ των υστέρων συστήματα ανάφλεξης με σπινθήρα, ενώ οι μεγαλύτερες μονάδες από περίπου 250 kW_e Οι παραπάνω έχουν κατασκευαστεί ειδικά ως κινητήρες αερίου. Οι κινητήρες αερίου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που έχουν παραδοθεί τα τελευταία 20 χρόνια αντιπροσωπεύουν ισχύ περίπου 50 GW [1]. Το τμήμα κινητήρων αερίου της GE συγκαταλέγεται μεταξύ των κορυφαίων κατασκευαστών παγκοσμίως παλινδρομικών κινητήρων αερίου, με περισσότερες από 20.000 παραδοθείσες μονάδες που αντιπροσωπεύουν συνολική ισχύ άνω των 20 GW. Οι περισσότεροι κινητήρες αερίου χρησιμοποιούνται ως μονάδες βασικού φορτίου, λειτουργούν παράλληλα με το δίκτυο και λειτουργούν συνεχώς, αλλά σημαντικός αριθμός χρησιμοποιείται σε αυτόνομη λειτουργία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ισχύς μπορεί να μεταφέρεται μέσω του δικτύου από τον παραγωγό ηλεκτρικής ενέργειας στον τελικό χρήστη. Υπάρχουν σημαντικά πλεονεκτήματα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επί τόπου, ιδίως όταν χρησιμοποιούνται συστήματα συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP) υψηλής απόδοσης ή συστήματα τριπαραγωγής για την ανάκτηση της θερμότητας του μπλοκ του κινητήρα και των καυσαερίων, η οποία συχνά χάνεται [2]. Παραγωγή Ισχύος τοπική Παραγωγή Ισχύος , δηλαδή Παραγωγή Ισχύος κατανεμημένη Παραγωγή Ισχύος ισχύος (DG), έχει μεγαλύτερη αξία για την κοινωνία από την κεντρική παραγωγή ισχύος (CG). Πρόσφατη έρευνα στις ΗΠΑ κατέληξε σε δύο συμπεράσματα που αλλάζουν τα δεδομένα:

• 1 MWh που παράγεται κοντά στους χρήστες μέσω μονάδας αποκεντρωμένης παραγωγής (DG) μπορεί, ανάλογα με τη θέση στο δίκτυο, να αντικαταστήσει 1,2 έως 1,45 MWh ηλεκτρικής ενέργειας από το κεντρικό δίκτυο (CG).
• Κάθε MWh αιχμής από την αποκεντρωμένη παραγωγή (DG) μπορεί να αντικαταστήσει 2 έως 2,25 MWh αιχμής από τη μεταφορά και διανομή (T&D) και την κεντρική παραγωγή (CG).

Κατά τη στιγμή της σύνταξης του παρόντος, δεν υπάρχει κανένα μοντέλο με κινητήρα βενζίνης γεννήτριες συνδέονται με το του Υπουργείου Ενέργειας Πρόγραμμα REBID. Οι γεννήτριες που παράγουν επί του παρόντος ηλεκτρική ενέργεια για ιδία χρήση σε διάφορες εγκαταστάσεις έχουν εγκατασταθεί λόγω της στρατηγικής ανάγκης να αποφευχθούν οι δαπανηρές διακοπές ρεύματος, οι οποίες έχουν σοβαρές αρνητικές επιπτώσεις στην παραγωγή ή την παροχή υπηρεσιών. Σε πολλές περιπτώσεις, οι εγκαταστάσεις αυτές παράγουν ήδη ηλεκτρική ενέργεια με χαμηλότερο κόστος, καθώς τα τιμολόγια της Eskom αυξάνονται.

Εφαρμογές κινητήρων βενζίνης στη Νότια Αφρική

Ομάδες γεννήτριων με κινητήρες φυσικού αερίου: Η Sasol Gas προμηθεύει σήμερα το μεγαλύτερο μέρος του φυσικού αερίου στη Νότια Αφρική, αλλά θα χάσει αυτό το μονοπώλιο κατά τη διάρκεια του 2014. Η Sasol εμπορεύεται τόσο φυσικό αέριο όσο και αέριο πλούσιο σε μεθάνιο. Η Sasol διαχειρίζεται και συντηρεί ένα δίκτυο διανομής αερίου μήκους 2.500 χλμ., συμπεριλαμβανομένου του διασυνοριακού αγωγού μήκους 865 χλμ. που συνδέει τα κοιτάσματα φυσικού αερίου στη Μοζαμβίκη με το δίκτυο της Sasol Gas. Το δίκτυο παρέχει περισσότερα από 150 εκατομμύρια GJ φυσικού αερίου μέσω αγωγών ετησίως σε περίπου 550 βιομηχανικούς και εμπορικούς πελάτες. Το φυσικό αέριο μέσω αγωγών αποτελεί μια βολική και αξιόπιστη πηγή ενέργειας, η οποία είναι οικονομικά αποδοτική και ιδανική για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι πελάτες εδρεύουν στις βιομηχανικές περιοχές των επαρχιών Gauteng, North West, Mpumalanga, KwaZulu-Natal και Northern Free State στη Νότια Αφρική. Το αέριο που παρέχεται μέσω αγωγών από τη Sasol Gas διατίθεται σε δύο μορφές [3]:

• Φυσικό αέριο με ενεργειακή περιεκτικότητα 39,0 MJ ±5% στα 101.325 kPa και θερμοκρασία 15 °C
• Αέριο πλούσιο σε μεθάνιο με ενεργειακή περιεκτικότητα 33,89 MJ ± 8% στα 101.325 kPa και θερμοκρασία 15 °C

Το φυσικό αέριο στη Νότια Αφρική μεταφέρεται μέσω αγωγών από τα κοιτάσματα φυσικού αερίου της Μοζαμβίκης, ενώ το αέριο πλούσιο σε μεθάνιο αποτελεί μείγμα συνθετικού αερίου που παράγεται από τη Sasol. Η Sasol έχει περιορίσει την πώληση αερίου στη Νότια Αφρική, καθώς χρησιμοποιεί το μεγαλύτερο μέρος του φυσικού αερίου για τη σύνθεση υδρογονανθράκων καυσίμων με τη μέθοδο Fischer-Tropsch, και το μονοπώλιό της περιορίζει σημαντικά τις δυνατότητες χρήσης του αερίου των αγωγών ως εναλλακτικών καυσίμων βραχυπρόθεσμα. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από κινητήρες αερίου που χρησιμοποιούν φυσικό αέριο κοστίζει 0,75 έως 1,00 R ανά kWh, ανάλογα με την τιμή που έχει διαπραγματευτεί για το αέριο του αγωγού, ενώ η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ντίζελ κοστίζει επί του παρόντος 2,80 έως 3,00 R ανά kWh. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από φυσικό αέριο υπόκειται σε μακροπρόθεσμες συμφωνίες, οπότε το κόστος είναι πιο σταθερό σε σύγκριση με την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ντίζελ, όπου η τιμή του καυσίμου αλλάζει συχνά και γενικά αυξάνεται. Οι κινητήρες φυσικού αερίου είναι πιο κατάλληλοι για εφαρμογές βασικού φορτίου από τις γεννήτριες ντίζελ, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως σε συστήματα έκτακτης ανάγκης. Η Νότια Αφρική άρθηκε πρόσφατα το μορατόριουμ του 2011 για την εξερεύνηση σχιστολιθικού αερίου στην ημι-άνυδρη περιοχή του Καρού, όπου η τεχνική εξόρυξης «fracking» ενδέχεται να χρησιμοποιηθεί για την αξιοποίηση ορισμένων από τα μεγαλύτερα αποθέματα αυτής της πηγής ενέργειας στον κόσμο. Ο Collins Chabane, υπουργός στο γραφείο του Προέδρου, δήλωσε την Παρασκευή, 7 Σεπτεμβρίου 2012, ότι το Υπουργικό Συμβούλιο αποφάσισε να άρει το μορατόριουμ, αφού μια μελέτη μείωσε τις ανησυχίες για την ασφάλεια που σχετίζονται με την αμφιλεγόμενη μέθοδο [4]. Σύμφωνα με μια αρχική μελέτη που ανατέθηκε από την Αμερικανική Υπηρεσία Ενέργειας, η Νότια Αφρική διαθέτει 485 τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια³ από τεχνικά ανακτήσιμους πόρους σχιστολιθικού αερίου, οι περισσότεροι από τους οποίους βρίσκονται στην τεράστια λεκάνη του Καρού. Τα αποθέματα αυτά θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια μακροπρόθεσμη λύση για τα ενεργειακά προβλήματα της μεγαλύτερης οικονομίας της Αφρικής, η οποία βασίζεται στον άνθρακα για την παραγωγή του 85% της ηλεκτρικής της ενέργειας. Η εταιρεία συμβούλων πολιτικού κινδύνου Eurasia εκτιμά ότι η άρση της αναστολής θα μπορούσε να αποτελέσει «σημείο καμπής» για την οικονομία της Νότιας Αφρικής. Υπάρχουν σοβαρές ανησυχίες σχετικά με τον αντίκτυπο της «υδραυλικής ρωγμάτωσης» στα περιφερειακά συστήματα υπόγειων υδάτων και κάθε έργο θα απαιτήσει προσεκτική αξιολόγηση, η οποία ενδέχεται να περιλαμβάνει την εφαρμογή σημαντικά δαπανηρών μέτρων περιβαλλοντικής μετριασμού. Μεγάλα αποθέματα φυσικού αερίου έχουν ανακαλυφθεί στα ανοικτά της Ναμίμπια, της Βόρειας Μοζαμβίκης και της Νότιας Τανζανίας. Σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας, η ανάπτυξη των περιφερειακών κοιτασμάτων φυσικού αερίου θα οδηγήσει στο να καταστεί το φυσικό αέριο ένα πιο σημαντικό καύσιμο στη Νότια Αφρική. Με τη διαθεσιμότητα φυσικού αερίου σε γειτονικές χώρες, όπως η Μοζαμβίκη και η Ναμίμπια, και την ανακάλυψη υπεράκτιων αποθεμάτων φυσικού αερίου στη Νότια Αφρική, η βιομηχανία φυσικού αερίου στη Νότια Αφρική βρίσκεται σε ταχεία επέκταση. Εκτός από το αέριο άνθρακα και το υγραέριο (LPG), η Νότια Αφρική παρήγαγε περίπου 930.000 τόνους φυσικού αερίου και 104.860 τόνους συνοδευτικού συμπυκνώματος το 2003. Το σύνολο της παραγωγής αερίου και συμπυκνώματος προορίζεται για το εργοστάσιο σύνθεσης υγρών καυσίμων της Petro SA και αντιπροσωπεύει περίπου το 1,5% της συνολικής πρωτογενούς ενεργειακής προσφοράς. Το αέριο που παράγεται από άνθρακα αντιπροσώπευε το 5% της καθαρής κατανάλωσης ενέργειας, ενώ το LPG αντιπροσώπευε περίπου το 6%. Υπάρχει επίσης δυνατότητα εξόρυξης μεθανίου από τα βαθιά ορυχεία χρυσού της Νότιας Αφρικής, με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για τη συμπλήρωση της ενέργειας που καταναλώνουν τα ορυχεία. Τα κοιτάσματα άνθρακα περιέχουν επίσης μεθάνιο, αλλά τα περισσότερα από τα κοιτάσματα άνθρακα ανατολικά του Waterberg έχουν χαμηλή απόδοση σε αέριο. Έχουν ήδη υλοποιηθεί αρκετά έργα στη Νότια Αφρική που χρησιμοποιούν αέριο από τον αγωγό της Sasol.

• Το έργο Thos Begbie χρησιμοποιεί αέριο εμπλουτισμένο με μεθάνιο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα σύστημα παράλληλο με το δίκτυο.
• Οι κινητήρες των ABSA Towers λειτουργούν με φυσικό αέριο πλούσιο σε μεθάνιο, σε ένα σύστημα παράλληλης σύνδεσης με το δίκτυο, και αξιοποιούν τη θερμότητα του μπλοκ του κινητήρα (ονομαστικά στους 80 °C) για την παροχή ζεστού νερού στο κτίριο που στεγάζει τις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες βρίσκονται στο υπόγειο. Το έργο των ABSA Towers παρουσιάστηκε με εξαιρετικό τρόπο από τον Ken Gafner στο περιοδικό Energize του Μαΐου 2012 [5].
• Το έργο MTN χρησιμοποιεί φυσικό αέριο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανεξάρτητα από το δίκτυο. Η θερμότητα του κινητήρα παρέχει ζεστό νερό, ενώ η θερμότητα των καυσαερίων (ονομαστικά 460 °C σε πλήρες φορτίο) τροφοδοτεί το σύστημα κλιματισμού του συγκροτήματος MTN μέσω ψυκτικών μηχανημάτων απορρόφησης.

Στην Ολλανδία και το Βέλγιο, έργα εντατικής καλλιέργειας σε θερμοκήπια χρησιμοποιούν φυσικό αέριο σε συνδυασμό με τριπαραγωγή και λίπανση με άνθρακα για την παραγωγή λουλουδιών κοπής και λαχανικών – η ηλεκτρική ενέργεια παρέχει φωτισμό, η θερμότητα από τον κινητήρα θερμαίνει τα θερμοκήπια, η θερμότητα των καυσαερίων παρέχει ψύξη μέσω ψυκτικών συστημάτων απορρόφησης και τα ίδια τα καυσαέρια υποβάλλονται σε επεξεργασία για την απομάκρυνση των υπολειμμάτων άκαυστων υδρογονανθράκων πριν διοχετευθούν στα θερμοκήπια, όπου το εμπλουτισμένο CO₂ επιταχύνει τον ρυθμό ανάπτυξης των καλλιεργειών. Πάνω από 600 μονάδες GE Jenbacher με CO₂ παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συνολικής ισχύος 1500 MW_e έχουν διατεθεί στην ΕΕ. Διεξάγονται προκαταρκτικές έρευνες σχετικά με την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στην εντατική γεωργία στη Νότια Αφρική.

Κινητήρες/γεννήτριες βιοαερίου

Το βιοαέριο αποτελεί ένα από τα τελικά υποπροϊόντα της αναερόβιας βιοαποικοδόμησης των λυμάτων που προέρχονται από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων των τοπικών αρχών, βιομηχανικά απόβλητα και εγκαταστάσεις επεξεργασίας και διαχείρισης γεωργικών αποβλήτων, όταν οι εγκαταστάσεις αυτές λειτουργούν σωστά. Ενώ η μονάδα της Petro SA δεν διαθέτει CHP, πολλές μονάδες επεξεργασίας λυμάτων στην Ευρώπη αξιοποιούν τόσο τη θερμότητα του κινητήρα όσο και τη θερμότητα των καυσαερίων μέσω εναλλακτών θερμότητας, προκειμένου να βελτιστοποιήσουν τις θερμοκρασίες λειτουργίας των αναερόβιων χωνευτών. Οι αποδόσεις βιοαερίου είναι σχετικά χαμηλές για τα λύματα. Καλύτερες αποδόσεις μπορούν να επιτευχθούν από τα απορρίμματα τροφίμων. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ζώα, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου, είναι στην πραγματικότητα αρκετά αποδοτικά στην εξαγωγή ενέργειας από τα τρόφιμα που καταναλώνουν, οπότε υπάρχει λιγότερη ενέργεια στα περιττώματά τους από ό,τι γενικά υποτίθεται. Το βιοαέριο αποτελείται συνήθως από μεθάνιο (CH₄) σε ποσοστό 65% και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε ποσοστό 35% κατ’ όγκο, ενώ είναι κορεσμένο με υδρατμούς. Σημαντικές προσμείξεις περιλαμβάνουν σιλοξάνες και υδρόθειο (H2S). Τα σιλοξάνια οδηγούν στο σχηματισμό υπολειμμάτων πυριτικών αλάτων στους θαλάμους καύσης των κινητήρων, γεγονός που καθιστά απαραίτητη την απομάκρυνση των αποθέσεων κατά τη συντήρηση των κινητήρων. Εάν τα σιλοξάνια υπάρχουν σε υπερβολικές συγκεντρώσεις, τα διαστήματα απομάκρυνσης των αποθέσεων ενδέχεται να είναι πολύ συχνά για την αποδοτική λειτουργία των κινητήρων. Σε αυτή την περίπτωση, θα είναι απαραίτητη η απομάκρυνση των σιλοξανίων κατά την προετοιμασία του ρεύματος αερίου πριν από τη χρήση του στους κινητήρες. Κατά τη διάρκεια της καύσης, το H₂Το S μετατρέπεται σε SO_x τα οποία σχηματίζουν θειώδες και θειικό οξύ. Τα οξέα συσσωρεύονται στο λάδι του κινητήρα και, αν η συγκέντρωσή τους είναι υπερβολική, αυξάνουν την ανάγκη για αλλαγή λαδιού πιο συχνά από ό,τι συνιστά ο κατασκευαστής του κινητήρα. Εάν η συγκέντρωση H2S στο αέριο υπερβαίνει τα όρια που συνιστά ο κατασκευαστής, μπορεί να απομακρυνθεί μέσω μιας διαδικασίας επεξεργασίας του βιοαερίου πριν από τη χρήση του στους κινητήρες. Μπορεί επίσης να είναι απαραίτητο να απομακρυνθεί το συμπύκνωμα από το βιοαέριο. Η απόφαση για την επεξεργασία του βιοαερίου είναι πάντα θέμα οικονομίας και, σε πολλές περιπτώσεις, η συχνότερη απομάκρυνση των αποθέσεων και η αλλαγή λαδιού μπορεί να γίνει αποδεκτή λόγω ευνοϊκών αναλύσεων κόστους-οφέλους. Δεν υπάρχει μία λύση που να ταιριάζει σε όλες τις περιστάσεις και οι εγκαταστάσεις πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να ικανοποιούν τις ατομικές ανάγκες του πελάτη. Μπορεί να είναι απαραίτητη η χρήση δεξαμενών αερίου για την ελαχιστοποίηση της επίδρασης της αρνητικής πίεσης στους αναερόβιους χωνευτές, καθώς αυτοί ενδέχεται να υποστούν εσωτερική έκρηξη εάν η πίεση αναρρόφησης που εφαρμόζεται για την εξαγωγή του βιοαερίου είναι υπερβολική. Οι δεξαμενές αερίου συμβάλλουν στη διαχείριση της σταθερής παροχής καυσίμου στις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Χώροι Υγειονομικής Ταφής

Χώροι Υγειονομικής Ταφής που παράγεται Χώροι Υγειονομικής Ταφής προέρχεται από την αποσύνθεση των αστικών στερεών αποβλήτων και μοιάζει από πολλές απόψεις με το βιοαέριο, καθώς αποτελεί ένα από τα τελικά υποπροϊόντα της αναερόβιας βιοαποικοδόμησης των αποβλήτων και είναι επίσης κορεσμένο με υδρατμούς. Το υπολειμματικό αέριο σε ενεργούς χώρους υγειονομικής ταφής, από τους οποίους δεν έχει εξαχθεί ποτέ αέριο, είναι παρόμοιο με το βιοαέριο που εξάγεται από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, με συγκέντρωση CH4 65%. Ωστόσο, όταν το αέριο εξάγεται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αποτελείται συνήθως από μεθάνιο (CH₄) στο 50% και διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) σε ποσοστό 50% κατ’ όγκο. Μπορεί να περιέχει σιλοξάνες και H₂S και ενδέχεται να απαιτεί επεξεργασία πριν από τη χρήση του σε κινητήρες αερίου. Η απόφαση για την επεξεργασία του αερίου του χώρου υγειονομικής ταφής αποτελεί πάντα θέμα οικονομικής σκοπιμότητας και, σε πολλές περιπτώσεις, γίνονται ανεκτές οι συχνότερες αποκοκκοποιήσεις και αλλαγές λαδιών λόγω των ευνοϊκών αποτελεσμάτων των αναλύσεων κόστους-οφέλους. Ο χώρος υγειονομικής ταφής της οδού Bisasar είναι ο μεγαλύτερος χώρος υγειονομικής ταφής στη Νότια Αφρική. Ο χώρος υγειονομικής ταφής περιβάλλεται από οικιστική περιοχή στα νότια και από άτυπο οικισμό υψηλής πυκνότητας στα βορειοδυτικά. Λόγω της εγγύτητας του χώρου με τη γύρω γειτονιά, είναι ζωτικής σημασίας η μείωση των οσμών και η άμβλυνση των ανησυχιών για την υγεία και την ασφάλεια που σχετίζονται με το αέριο του χώρου υγειονομικής ταφής. Το αέριο δεν μπορεί να αποθηκευτεί στον χώρο υγειονομικής ταφής και εκλύεται συνεχώς στην ατμόσφαιρα. Για τη διαχείριση της έκλυσης αερίου, ο χώρος υγειονομικής ταφής Bisasar Road δημιούργησε ένα έργο μετατροπής αερίου χώρου υγειονομικής ταφής σε ηλεκτρική ενέργεια. Ένας συνδυασμός κάθετων και οριζόντιων φρεάτων αερίου έχει εγκατασταθεί στο σώμα των αποβλήτων του χώρου υγειονομικής ταφής και το αέριο εξάγεται από δύο ανεμιστήρες που δημιουργούν αρνητική αναρρόφηση για να μεταφέρουν το αέριο στο ενεργειακό συγκρότημα, όπου συμπιέζεται και διοχετεύεται σε επτά κινητήρες αερίου GE Jenbacher στα 110 millibar. Η πίεση παροχής στους κινητήρες ελέγχεται από μια φλόγα Hofstetter που καύει τυχόν πλεόνασμα αερίου σε θερμοκρασίες άνω των 1000 °C με χρόνους παραμονής άνω των 2 δευτερολέπτων. Οι έξι γεννήτριες GE J320 και μία γεννήτρια GE J312 έχουν τη δυνατότητα να παράγουν συνολικά 6,9 MW._e /ώρα, η οποία διοχετεύεται στο ηλεκτρικό δίκτυο του Ethekwini. Η μονάδα της οδού Bisasar παράγει και καύει κατά μέσο όρο 4200 Nm³/ώρα φυσικού αερίου και παρέχει ηλεκτρική ενέργεια που αντιστοιχεί σε 7.000 νοικοκυριά. Αυτό μπορεί να φαίνεται σαν σταγόνα στον ωκεανό, λαμβάνοντας υπόψη την τρέχουσα ενεργειακή κρίση, αλλά πρόκειται για ενέργεια που προέρχεται από απόβλητο αέριο το οποίο, διαφορετικά, θα κατέληγε στην ατμόσφαιρα. Το CH₄ είναι ένα αέριο του θερμοκηπίου με δυναμικό θέρμανσης του πλανήτη 21 φορές μεγαλύτερο από αυτό του CO₂₂ και έτσι το έργο της οδού Bisasar πληροί τις προϋποθέσεις του Πρωτοκόλλου του Κιότο ως έργο του Μηχανισμού Καθαρής Ανάπτυξης. Κάθε Πιστοποιημένη Μείωση Εκπομπών (CER) αντιστοιχεί σε 1 τόνο CO2 που δεν εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα. Μέχρι τον Δεκέμβριο του 2011 ο δρόμος Bisasar είχε συγκεντρώσει λίγο λιγότερο από 700.000 CER (αξίας περίπου 94 εκατομμυρίων ραντ) καθώς και επιπλέον 44 εκατομμύρια ραντ μέσω της πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται στο τοπικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας eThekwini.

Κινητήρες αερίου για κλιβάνους/ομάδες γεννητριών

Η Νότια Αφρική είναι ένας από τους μεγαλύτερους παραγωγούς σιδηροκραμάτων στον κόσμο. Τα αέρια που παράγονται από τις διεργασίες τήξης διαφέρουν αρκετά από τη μία διεργασία στην άλλη, αλλά αποτελούνται κυρίως από μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και υδρογόνο (H₂) τα οποία στο παρελθόν καύονταν στην ατμόσφαιρα. Σε κάθε περίπτωση, οι γεννήτριες έχουν σχεδιαστεί ώστε να χρησιμοποιούν το αέριο καμίνου που παράγεται από τους συγκεκριμένους κλιβάνους του πελάτη. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το μέγεθος και η συγκέντρωση των σωματιδίων στη ροή του αερίου, τα οποία απομακρύνονται με τη χρήση μιας ποικιλίας εξειδικευμένων συστημάτων φιλτραρίσματος. Η συγκέντρωση του H2 αποτελεί επίσης πρόβλημα, καθώς το αέριο αυτό προκαλεί κροτάλισμα στους κινητήρες αερίου, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές βλάβες. Πρέπει να ληφθεί υπόψη η ανάμιξη αερίων που σχετίζεται με τους κύκλους εκκένωσης και επαναπλήρωσης του κλιβάνου, προκειμένου να διευκολυνθεί η σταθερότητα της ποιότητας του αερίου. Η υγρασία στην τροφοδοσία αερίου μπορεί επίσης να απαιτεί διαχείριση. Όλα αυτά τα πιθανά προβλήματα αντιμετωπίζονται μέσω κατάλληλων συστημάτων επεξεργασίας αερίου. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αέριο κλιβάνου χρησιμοποιώντας σωστά διαμορφωμένους κινητήρες με επεξεργασμένο καύσιμο αέριο έχει αποδειχθεί βιώσιμη. Ο Πίνακας 4 παραθέτει τις τρέχουσες εγκαταστάσεις παραγωγής αερίου από κλιβάνους στη Νότια Αφρική. Η μονάδα της International Ferro Metal (IFM) παράγει επί του παρόντος 16 MW_e σε συνεχή βάση, ποσό που αντιστοιχεί στο 11% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνουν οι κλίβανοι της συγκεκριμένης μονάδας. Εάν η Eskom επιβάλει το ανώτατο όριο 10% στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για το IFM, η συγκεκριμένη λειτουργία δεν θα επηρεαστεί. Οι άνδρες στην επάνω δεξιά γωνία της Εικ. 5 δίνουν μια εικόνα της κλίμακας της μονάδας. Η μονάδα παραγωγής ανθρακικού ασβεστίου της SA βρίσκεται επί του παρόντος υπό εγκατάσταση στο Newcastle και δύο από τους κινητήρες θα διαμορφωθούν για CHP.

Οι δυνατότητες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση πηγών «απορριπτόμενου» αερίου στη Νότια Αφρική

Βιοαέριο και αέριο από χώρους υγειονομικής ταφής

Η μελέτη για την ανάπτυξη ικανοτήτων στον τομέα της ενεργειακής απόδοσης και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η οποία ολοκληρώθηκε για λογαριασμό του Υπουργείου Ορυκτών και Ενέργειας το 2004, κατέδειξε ότι μόνο το αέριο των χώρων υγειονομικής ταφής θα μπορούσε να καλύψει 80 MWe των ενεργειακών αναγκών της Νότιας Αφρικής [7]. Αν και το βιοαέριο από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων δεν αποτέλεσε αντικείμενο της μελέτης, η πιθανή συμβολή του εκτιμάται ότι είναι παρόμοιας τάξης μεγέθους. Είναι σημαντικό ότι αυτές οι πηγές ενέργειας θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν αρκετά γρήγορα, εντός ενός κύκλου υλοποίησης έργου 12 έως 14 μηνών. Επιπλέον, δεδομένου ότι οι κύριοι χώροι υγειονομικής ταφής και οι μεγάλες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων συνδέονται όλες με μητροπολιτικές αναπτύξεις στη Νότια Αφρική, η ηλεκτρική ενέργεια θα παρέμενε υπό τον έλεγχο των δικτυακών δομών των μητροπολιτικών αρχών και θα παρουσίαζε όλα τα οφέλη της κατανεμημένης παραγωγής. Η Durban Solid Waste, ο οργανισμός διαχείρισης αποβλήτων της μητροπολιτικής περιοχής eThekwini, σε συνεργασία με το Τμήμα Ηλεκτρικής Ενέργειας της Μητροπολιτικής Περιοχής eThekwini, έχει αποδείξει ότι αυτή η προσέγγιση είναι βιώσιμη. Υπάρχει επίσης σημαντικό δυναμικό για μικρότερα έργα που βρίσκονται σε μονάδες εντατικής γεωργικής παραγωγής, είτε για να συνεισφέρουν στο δίκτυο είτε για να καλύψουν τις δικές τους ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια. Αρκετές χώρες της ΕΕ έχουν επιλέξει να αναπτύξουν την κατανεμημένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με αυτόν τον τρόπο και λειτουργούν πάνω από 1750 έργα μικρής κλίμακας μετατροπής βιοαερίου σε ηλεκτρική ενέργεια, όπου προσφέρονται κρατικές επιδοτήσεις στους «αγρότες βιοαερίου» που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Ένας σημαντικός περιορισμός στην εφαρμογή αυτής της προσέγγισης είναι η παροχή σημείων εισόδου στην υποδομή του δικτύου. Κατά συνέπεια, τα έργα που θα ξεκινήσουν βραχυπρόθεσμα θα αφορούν ηλεκτρική ενέργεια για ιδία χρήση και, όπου υπάρχουν βολικά και οικονομικά αποδοτικά σημεία σύνδεσης, μπορεί να εξεταστεί η δυνατότητα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

Αέριο καυστήρα

Τα αέρια που συνθέτουν το αέριο κλιβάνου αποτελούν μια πηγή καυσίμου σχετικά χαμηλής ενεργειακής απόδοσης, ωστόσο υπάρχει δυνατότητα να συμβάλουν σημαντικά στην ηλεκτροδότηση της Νότιας Αφρικής μόνο από αυτές τις πηγές, ενώ ορισμένες εκτιμήσεις υποδεικνύουν τα εξής [7]·

• 60 ανοιχτοί κλίβανοι – 1,64_GWe
• 42 κλειστοί κλίβανοι – 1,98_GWe

Μόνο ο κλάδος των κλιβάνων καταναλώνει το 10% της συνολικής παραγωγικής ικανότητας ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας, η οποία ανέρχεται σε 40 GW όταν λειτουργεί σε πλήρη παραγωγή. Όπως έχει δείξει η IFM, θα είναι δυνατό για σημαντικό αριθμό χειριστών κλιβάνων να συμμορφωθούν με τους περιορισμούς της Eskom, εάν αυτοί εφαρμοστούν στο μέλλον. Αντ' αυτού, η Eskom προσφέρει οικονομικά κίνητρα στους χειριστές κλιβάνων για να κλείσουν τις εγκαταστάσεις τους. Αυτό έχει αρνητικές συνέπειες στα ορυχεία που προμηθεύουν μεταλλεύματα, άνθρακα και άλλες πρώτες ύλες, γεγονός που μειώνει την παραγωγική ικανότητα ενός σημαντικού τομέα της οικονομίας σε σχέση με τις ευκαιρίες ανάπτυξης και απασχόλησης.

ΝΕΑ ΠΡΟΣΦΟΡΑ

Το 2009, η Εθνική Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας της Νότιας Αφρικής (NERSA) ανακοίνωσε το χρονοδιάγραμμα REFIT για μια σειρά τεχνολογιών [8]. Η διαδικασία REFIT φάνηκε να έχει σταματήσει και, τον Ιούλιο του 2011, το Υπουργείο Ενέργειας ανακοίνωσε ότι θα υπήρχε στοιχείο ανταγωνισμού στην ανάθεση των συμβάσεων αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Κατά τη στιγμή της σύνταξης του παρόντος, οι επιτυχείς υποψήφιοι του πρώτου γύρου της διαδικασίας REBID δεν έχουν ακόμη ολοκληρώσει τη χρηματοδότηση. Η διαδικασία φαίνεται να είναι εξαιρετικά αργή και προκαλεί καθυστερήσεις που αναμένεται να επιδεινώσουν συστηματικά τις καθυστερήσεις στην υλοποίηση των επόμενων κύκλων REBID. Έχει ήδη ανακοινωθεί καθυστέρηση εννέα μηνών σε σχέση με τον τρίτο κύκλο REBID, δηλαδή από τον Οκτώβριο του 2012 έως τον Μάιο του 2013. Η σχέση μεταξύ της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και της δημιουργίας θέσεων εργασίας έχει αποδειχθεί με σαφήνεια [8], και πολλά από τα πιθανά έργα αερίων αποβλήτων θα δημιουργούσαν ευκαιρίες απασχόλησης στη λειτουργία των ίδιων των εγκαταστάσεων, συμβάλλοντας παράλληλα αποτελεσματικά στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της κατανεμημένης παραγωγής. Ανεξάρτητα από την τρέχουσα κατάσταση και τα συναφή εμπόδια, οι μικρής κλίμακας ανεξάρτητοι παραγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας θα καταστούν οικονομικά βιώσιμοι καθώς αυξάνεται η τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας και θα δημιουργηθούν περισσότερες από αυτές τις εγκαταστάσεις στη Νότια Αφρική. Ωστόσο, αυτό θα πρέπει να συμβεί το συντομότερο δυνατόν.

Βιβλιογραφία

[1] Diesel & Gas Turbine Worldwide – Ετήσια έρευνα για Παραγωγή Ισχύος , τελευταία 20 χρόνια. [2] Thomas R Casten, Not all megawatts are created equal, Cogeneration & On-site Παραγωγή Ισχύος , Ιούλιος 2012 [3] Προδιαγραφές αερίου Sasol Gas Storefront www.sasol.com/sasol_internet/frontend/navigation.jsp?navid=5800007&rootid=600000 [4] Chabane, Collins, Υπουργός στο Γραφείο του Προέδρου, «Moratorium on Fracking Lifted by Cabinet on Friday», 7 Σεπτεμβρίου 2012, Ενημέρωση Βιομηχανία Εξόρυξης , 7 – 13 Σεπτεμβρίου 2012, ISSN 1562-9619 [5] K Gafner, ABSA Campus CHP the big picture, Energize, Μάιος 2012 ISSN 1818-2127 [6] GE –Jenbacher Biogas Generation Publication [7] Capacity Building in Energy Efficiency and Renewable Energy Report No. 2.3.4 – 19, Φεβρουάριος 2004 Danida Ref: M 123/138-0180 [8] AAP Παραγωγή Ισχύος GE EPC Conference Cape Town Σεπτέμβριος 2011 [9] A Kernan, From REFIT to REBID: South Africa’s Renewable Energy Auctions – Clean Energy Solutions Centre.